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LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil
Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
As adaptações das plantas às condições do cerrado brasileiro
Aluna: Carolina GrandoOrientador: Giancarlo Conde Xavier Oliveira
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Introdução Condições físicas do ambiente Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Cerrado Características do bioma
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Cerrado
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Introdução Condições Físicas do Ambiente
Condições físicas: temperatura, disponibilidade de água, radiação solar, pH
Diversidade de organismos
Evolução sob diferentes pressões ambientais Ricklefs, 2003
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Introdução Condições Físicas do Ambiente
Plantas: sésseis (exploração de recursos pontual)
Evolução das Plantas: condições físicas agem como principais pressões seletivas à evolução
Distribuição das espécies pela Terra Ricklefs, 2003
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Introdução Condições Físicas do Ambiente
Biomas: formas vegetais dominantesAdaptações Coutinho, 2008
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Adaptações evoluem pela ação da seleção natural- Caracteres que apresentam variabilidade genética herdável
- Organismos com diferentes aptidões
↓ T (˚C)
→ →
↓ T (˚C)
Antes da Seleção Depois da Seleção Antes da Seleção Depois da Seleção
→
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Adaptações evoluem pela ação da seleção natural
→ . . .
Evolução ocorre por outros processos: deriva genéticaNem toda evolução ocorre por seleção natural, mas toda a evolução adaptativa, sim
→Antes da Seleção Depois da Seleção
↓ T (˚C)
→↓ T (˚C)
Evolução
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Qual a unidade de seleção? - Adaptações ocorrem ao nível do indivíduo - herdabilidade
- Entidades ajustadas pela seleção natural: Genes
- Têm longa duração
- Não são fragmentados pela meiose e pela recombinação
Adaptações beneficiam o indivíduo - a reprodução dos genes é maximizada por ser associada à reprodução dos organismos
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa
- Teoria de Fisher: Gradual – pequenos passos vantajosos ao longo do tempo (mutações de pequeno efeito fenotípico)
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa
- Teoria não é válida para organismos distantes do pico adaptativo
- Kimura (1983)
- Orr (1998): 2˚ e 3˚ fatores- Mutações de grande efeito fenotípico → mutações de pequeno efeito
Taxa de Substituição de Mutações
=Probabilidade do surgimento de mutações
Probabilidade das mutações serem vantajosas
X XVantagem seletiva
Teoria de Fisher nunca foi totalmente acolhida ou descartadaRidley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Como reconhecer as adaptações? - Valor adaptativo (fitness): medida de sucesso reprodutivo dos organismos
- Desvantagem: nem todas as características são mensuráveis, e algumas não são detectáveis estatísticamente
- Convergência adaptativa: organismos não-aparentados desenvolvem semelhanças fenotípicas, em resposta à condições ambientais comuns
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Como estudar as adaptações?
- Método comparativo : comparar a forma ou a função de um órgão em diferentes tipos de espécies, no mesmo local ou entre diferentes localidades
- Comparar genes ou seqüências de DNA
- Método experimental: modificar a forma ou função do órgão, no mesmo ambiente ou em ambientes diferentes
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
Seres vivos ajustados ao meio porque possuem adaptações para melhoria de sua sobrevivência e que favorecem sua reprodução
Enfoque errôneo: adaptação como relação de finalidade
- Pressupõe previsibilidade do processo evolutivo
- Adaptação resultante de seleção sob variação direcionada para a melhoria da adaptação
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
- Adaptação como relação de causa e efeito
- Causa: condições físicas agem sobre as diferenças de sucesso reprodutivo das plantas - seleção sobre variação não-direcionada
- Efeito: evolução adaptativa - variantes que oferecem vantagens seletivas aumentam em freqüência na população ao longo do tempo
Adaptações existem porque são vantajosas Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
As adaptações são ajustes dos organismos aos ambientes presentes
Enfoque errôneo: organismos são ajustados por seleção natural em ambientes passados
As adaptações dos organismos não são perfeitas
Persistência: ambientes atuais tendem a ser similares aos do passado
Ridley, 2006
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Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Plantas cultivadas
seleção artificial → Adaptação
seleção natural↓
Condições macroclimáticas e microclimáticas
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Cerrado Características do bioma
Segundo maior bioma brasileiro
- 2.000.000 km2 (Ratter, 1997)
- Núcleo: 11 Estados
- Áreas disjuntas
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Cerrado Características do bioma
Coutinho (1978): Complexo vegetacional- Floresta-ecótono-campo: cinco fitofisionomias- Dois estratos de vegetação: arbustivo-arbóreo
herbáceo-subarbustivo
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Cerrado Características do bioma
Complexo vegetacional- Matas de galeria, veredas, murundus
Castro et al. (1999): 3.000 a 7.000 espécies- Arbustivo-arbóreo: 1.000 a 2.000 espécies - Herbáceo-subarbustivo: 2.000 a 5.000 espécies
Hot spots mundiais
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Cerrado Características do bioma
Distribuição da vegetação
- Poucas espécies abundantes
- Grande endemismo
- Condicionantes:
- Condições climáticas
- Condições edáficas
- Efeitos do fogo
Castro et al, 1999, Coutinho, 2008
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Cerrado Características do bioma
Condições climáticas
- Savana neotropical estacional
- Arbustos e gramíneas
- Temperaturas entre 20 a 27˚C
-Duas estações bem definidas (pluviosidade)
- Inverno seco (maio a setembro)
- Verão chuvoso (outubro a abril)
- Média anual: 1.200 a 1.800 mm
Klinka & Machado, 2005
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Cerrado Características do bioma
Condições climáticas
Diagrama de Walter
- Estação seca: 4 a 5 meses
- Estação chuvosa: veranico
(1 a 2 meses)
5 a 7 meses de restrição de água
Cianciaruso et al., 2006
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Cerrado Características do bioma
Condições climáticas
Assad, 1994
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Cerrado Características do bioma
Condições edáficas
- Relevo: maciços de planaltos sedimentares e de cimeira, com superfície aplainada, com altitudes entre 300 e 1700 m
AB’ Saber, 2003
Microclima → distribuição local das vegetações
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Cerrado Características do bioma
Condições edáficas
- Solos: geralmente profundos, porosos, altamente intemperizados, com baixa fertilidade e pH ácido
- Latossolos e Neossolos Quartzarênicos: 60% ocorrência
Reatto & Martins, 2005
Escleromorfismo oligotrófico
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Cerrado Características do bioma
Efeitos do fogo
- Quantidade matéria seca/ sazonalidade chuvas
- Ocorrência: 40.000 anos A.P.
- Agosto e novembro
- Grande agente perturbação
- Mudanças na estrutura e composição florística
- Magnitude depende da freqüência
Salgado-Labouriau, 2005
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Razão raiz/parte aérea- Valores altos: sistema radicular desenvolvido
- Hoffmann & Franco (2003): 11 gêneros
Água das camadas profundas
Porte baixo da vegetação do cerradoHoffmann & Franco, 2003
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Translocação de fotoassimilados (raiz)- 6 gêneros
Formação de reservas (secas e queimadas)Hoffmann & Franco, 2004
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas subterrâneas- Raízes gemíferas
Vilhalva & Appezzato-da-Glória , 2006
- Xilopódio: caule subterrâneo
Reservas (rebrota fogo e seca)
Isostigma peuceudanifolium
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas subterrâneas- Rizoma (perfilhamento)
Coutinho, 2008
Rebrota (fogo e seca)
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas caulinares aéreas- Casca espessa : cortiça
- 10 gêneros
Hoffmann et al, 2003
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas do fruto
- Kielmeyera coriaceae: pericarpo espesso
- Text (fogo): 390 a 730˚C
- Tint: 62 ˚C (sem perder viabilidade)
- Deiscência dos frutos
↓
Cirne, 2002
Fogo: agente dispersor
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas foliares- Estômatos abaxiais, cutícula espessa, pilosidades
Mauro et.al., 2007
Reduzem perdas de água por transpiração
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Crescimento (baixa concentração de nutrientes)
- Ex: Diferentes concentrações (pH=4,0) KH2PO4, MgSO4.7H2O (pH=4,0)
Gomes & Shepherd, 2000
Sinningia allagophylla
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Acúmulo foliar de alumínio- Altos teores de Fe2+ e Al3+ → acumuladora
(Gomes & Shepherd, 2000; Haridasan, 2005)
Qualea parviflora Palicourea rigidaSinningia allagophylla
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Ajustamento osmótico- Assimilação de água pela planta depende do gradiente de potencial de água (solo – planta – atmosfera)
Água → menor potencial
Ψatmosfera < Ψsolo
Estresse hídrico
Ψsolo < Ψatmosférica ↓
- Fechamento estômatos
- Ajustamento osmótico → plantas cerradoMaior potencial
Menor potencial
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Ajustamento osmótico- Acúmulo intracelular de solutos na raiz
- Manutenção da turgescência celular sob baixo potencial hídrico do solo- Abertura dos estômatos (transpiração e fotossíntese)
Chaves Filho & Stacciarini-Seraphin, 2001
Solanum licocarpum
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Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Resistência plântulas à seca- Potencial Hídrico Foliar: 3 gêneros
Hoffmann & Franco, 2004
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Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Convergências adaptativas
Ambiente manteve-se semelhante por um grande período de tempo
Condições físicas → distribuição da vegetação e evolução
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Condições climáticas
-Análises paleoecológicas
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
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Condições climáticas
-Análises paleoecológicas
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
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Condições climáticas
- Áreas disjuntas (similaridade florística)
- Espécies cogenéricas entre o cerrado e mata
Diferentes pressões ambientais → EspeciaçãoSalgado-Labouriau, 2005
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Vegetação do cerrado é antiga
16 ciclos , 1,6 milhões anos
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Considerações finais Cerrado
Redução do bioma
1950
2.000.000 km2
2002
900.000 km2 (45%)
Machado et al., 2004
Maior redução: São Paulo (85%)
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Considerações finais Cerrado
Redução do bioma
- Expansão agropecuária desordenada
500.000 km2 100.000 km2
Klink & Machado, 2005
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Considerações finais Cerrado
Maiores ameaças ao bioma
Brachiaria decumbens Melinis minutiflora
Klink & Machado, 2005; Pivello, 2007
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Considerações finais Cerrado
Maiores ameaças ao bioma
Klink & Machado, 2005; Coutinho, 2008
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Considerações finais Cerrado
Preservação e Conservação- Áreas protegidas: 2,2 %
- Conservação: Código Florestal → 20 %
Klink & Machado, 2005
32.776 ha 133.064 ha 65.514 ha 231.668 ha
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Considerações finais Cerrado
Klink & Machado, 2005